Złożone układy kombinacyjne

M@rek PudełkoUrządzenia Techniki Komputerowej

Układ kombinacyjny• Układ kombinacyjny to rodzaj układów cyfrowych

charakteryzujący się tym, że stan wyjść zależy wyłącznie od stanu wejść.

• Stan wyjść opisują funkcje boolowskie. W układach kombinacyjnych nie występuje sprzężenie zwrotne.

2

Podział układów kombinacyjnych

3

Układy kombinacyjne

Komutatory Konwertery kodów Bloki arytmetyczne

Multiplekser

Demultiplekser

Koder

Dekoder

Sumator

Komparator

ALUTranskoder

Układ kontroli parzystości

4

• Kontrola parzystości ma na celu sprawdzenie poprawności przesyłu danych. Polega na dodaniu dodatkowego bitu kontrolnego.

• Najczęściej jest to bit parzystości. Urządzenie zlicza wszystkie bity wiadomości i dodaje taki bit, by suma była parzysta.

• Jeżeli liczba jedynek jest nieparzysta dodaje 1• Jeżeli liczba jedynek jest parzysta dodaje 0

• Przykład• Wiadomość 101111012 ma parzystą liczbę jedynek, więc bit parzystości

wynosi 0. Wiadomość z dołączonym bitem parzystości to 1011110102.• Wiadomość 011100112 ma nieparzystą liczbę jedynek, więc bit

parzystości wynosi 1. Wiadomość z dołączonym bitem parzystości to 0111001112.

Układ kontroli parzystości

5

Bramka trójstanowa

6

Bramka trójstanowa

7

Wejście Enable Wyjście

0 0 0

1 0 1

X 1 Z

Enable – wejście blokująceX – dowolny stanZ – stan wysokiej impedancji

Bramka trójstanowa• Bramka trójstanowa umożliwia odizolowanie

układów elektronicznych od siebie. Pełni rolę elektronicznego wyłącznika.

• Oprócz dwóch stanów 0 i 1 pojawia się nowy stan z – wysokiej impedancji.

• W praktyce po włączeniu trybu blokowania pojawia się stan wysokiej impedancji, co praktycznie izoluje obwody.

8

Komutatory

9

Multiplekser• Multiplekser służy do wyboru sygnału jednego z kilku

dostępnych wejść i przekazania go na wyjście.• Posiada k wejść informacyjnych, n wejść adresowych i

jedno wyjście y. Posiada też wejście sterujące działaniem układu oznaczane S (wejście strobujące)

• Działanie multipleksera polega na przekazaniu wartości jednego z wejść xi na wyjście y. Numer i wejścia jest podawany na linie adresowe a0... an-1.

10

Multiplekser

11

Demultiplekser• Demultiplekser służy do przekazania sygnału wejściowego na

jedno z kilku dostępnych wyjść.• Demultiplekser posiada jedno wejście x, n wejść adresowych oraz

k wyjść (zazwyczaj k=2n).• Wyjście jest określane przez podanie jego numeru na linie

adresowe a0... an-1. Na pozostałych wyjściach jest stan zera.

• Jeśli na wejście strobujące (blokujące, ang. strobe) S podane zostanie logiczne zero, to wszystkie wyjścia yi przyjmują zero.

12

Demultiplekser

13

Konwertery kodów

14

Koder

• Koder to układ zamieniający kod 1 z k na naturalny kod binarny.

• Koder posiada k wejść oraz n wyjść (k=2n).

• Koder priorytetowy − jest to układ w którym kodem wejściowym jest kod x z n oraz jest ustalony priorytet poszczególnych wejść.

15

Koder

16

Dekoder

• Dekoder zamienia naturalny kod binarny na kod 1 z k. działa odwrotnie do kodera.

• Dekoder posiada n wejść oraz k wyjść (k=2n). W zależności od ilości wyjść nazywa się go dekoderem 1zN.

17

Dekoder

18

Transkoder

• Transkoder zamienia dowolny kod cyfrowy (poza kodem 1 z N) na inny, dowolny kod cyfrowy (również z wyjątkiem kodu 1 z N).

• Transkoder posiada n wejść oraz k wyjść.

19

Transkoder

20

Układy arytmetyczne

21

Sumator• Sumator to układ dodający liczby dwójkowe.• Składa się z kaskady półsumatorów dodających

pojedyncze bity.• Przy dodawaniu większych liczb dodaje każdy bit

oddzielnie z uwzględnieniem przeniesienia.

22

Półsumator• Półsumator może dodawać dwa liczby jednobitowe. Bit

przeniesienia występuje tylko na jednym z wyjść.

23

X1 X2 S C

0 0 0 0

0 1 1 0

1 0 1 0

1 1 0 1

S – sumaC - przeniesienie

S – funkcja EX-ORC – funkcja AND

Jednostka arytmetyczno-logiczna• Jednostka arytmetyczno-logiczna (z ang. Arithmetic and Logical

Unit lub Arithmetic Logic Unit, ALU) to uniwersalny układ cyfrowy przeznaczony do wykonania operacji arytmetycznych i logicznych. Jest to podstawowy blok centralnej jednostki obliczeniowej komputera.

• Słowo „uniwersalny” oznacza, że zestaw operacji powinien być funkcjonalnie pełny, jeżeli za jego pomocą mamy zrealizować dowolny algorytm przetwarzania informacji.

• ALU nie posiada układów pamiętających, dlatego musi współpracować z pewnym zestawem rejestrów.– Rejestr przechowujący wyniki operacji to akumulator.– Rejestr flagowy zawiera cechy wyniku (np. przeniesienie bitu lub

przekroczenie zakresu).

24

Jednostka arytmetyczno-logiczna• ALU to układ pozwalający przeprowadzić proste operacje na

liczbach całkowitych.• ALU potrafi wykonać operacje arytmetyczne (jak dodawanie,

odejmowanie), operacje logiczne (np. Ex-Or) pomiędzy dwiema liczbami oraz operacje jednoargumentowe takie jak przesunięcie bitów, negacja.

• Zaletą użycia ALU jako jednego układu jest fakt, że przy niewielkiej liczbie bramek jest możliwe zrealizowanie wszystkich operacji z zestawu: dodawanie (z przeniesieniem i bez), odejmowanie (z przeniesieniem i bez), negacja liczby, zwiększanie i zmniejszanie o 1, AND, OR, NOT, XOR.

25

UCY 74181• S0-S3 – wejścia sterujące (pozwala wybrać

rodzaj operacji)• A0-A3 – pierwsza liczba

• B0-B3 – druga liczba

• F0-F3 – wynik operacji

• Cn – przeniesienie z poprzedniego układu

• Vcc – napięcie zasilania• GND – masa zasilania• M – wybór trybu pracy (matematyczny

lub logiczny)• Cn+4 - przeniesienie do następnego układu

• A=B – funkcja komparacji• P, G – wyjścia pomocnicze 26

Schemat wewnętrzny UCY 74181

27

UCY 74181

28

ALU

29

30